2025年1月10日，東莞松山湖，一片占地140畝的工地上，亞洲首個(gè)、世界第二個(gè)阿秒激光大科學(xué)裝置——先進(jìn)阿秒激光設(shè)施破土動(dòng)工。

這座總投資15億元、占地140畝的“時(shí)間捕捉器”，將人類對(duì)微觀世界的觀測(cè)精度推向了百億億分之一秒量級(jí)。

這個(gè)“超級(jí)工程”的誕生，標(biāo)志著中國(guó)在超快光學(xué)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)從“跟跑”到“領(lǐng)跑”的跨越。從高溫超導(dǎo)材料的電子配對(duì)機(jī)制，到癌癥治療的靶向分子操控，這場(chǎng)以“光”為刃的科技革命，正在改寫人類認(rèn)知物質(zhì)本質(zhì)的邊界。

當(dāng)阿秒激光的“快門”首次按下，人類將擁有一雙看透物質(zhì)本質(zhì)的“慧眼”。通過(guò)捕捉時(shí)間的“快門”，阿秒激光中心將開啟微觀世界超快探索的新篇章，助力我國(guó)在新一輪世界科技革命中搶占先機(jī)，推動(dòng)多學(xué)科的交叉融合和創(chuàng)新發(fā)展。

未來(lái)，這座先進(jìn)阿秒激光設(shè)施建成后，將在粵港澳大灣區(qū)托起一座世界級(jí)科學(xué)高峰。

作為“十四五”期間布局的國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，先進(jìn)阿秒激光設(shè)施由中國(guó)科學(xué)院物理研究所、西安光機(jī)所聯(lián)合共建，東莞松山湖材料實(shí)驗(yàn)室深度參與。

先進(jìn)阿秒激光設(shè)施分為西安和東莞兩部分，其中，東莞松山湖先進(jìn)阿秒激光設(shè)施已于9月獲得國(guó)家發(fā)改委概算批復(fù)，2025年1月開工建設(shè)，總投資15億元，占地面積140畝。建成后，將建設(shè)極紫外阿秒光源、高重頻阿秒光源、高脈沖能量阿秒光源、軟X射線阿秒光源及超快硬X射線/γ射線源五類阿秒光源，并配套建設(shè)相關(guān)研究平臺(tái)。

而先進(jìn)阿秒激光設(shè)施（西安部分）由中國(guó)科學(xué)院西安光機(jī)所承擔(dān)建設(shè)，已于2024年11月正式啟動(dòng)建設(shè)，建設(shè)周期為5年，旨在建設(shè)軟X射線束線和高能量 THz 束線以及相應(yīng)的研究終端，提供國(guó)際最先進(jìn)的阿秒光脈沖。

整個(gè)先進(jìn)阿秒激光設(shè)施在我國(guó)廣東東莞和陜西西安兩地，規(guī)劃建設(shè)10條束線和22個(gè)應(yīng)用終端，涵蓋極紫外、軟X射線、高能γ射線等多種光源，預(yù)計(jì)2029年全面投入運(yùn)行。

東莞部分聚焦極紫外阿秒光源、高通量超短脈沖等核心技術(shù)，布局6條束線和配套實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；西安部分則側(cè)重軟X射線與高能太赫茲光源，建設(shè)4條束線及終端。

建成后，該設(shè)施將提供脈寬小于60阿秒（目前國(guó)際頂尖水平）、光子能量高達(dá)500電子伏特的超快光源，綜合性能有望實(shí)現(xiàn)全球領(lǐng)先。中國(guó)科學(xué)院院士汪衛(wèi)華表示：“這是亞洲首個(gè)、世界第二個(gè)阿秒激光大科學(xué)裝置，將成為我國(guó)超快科學(xué)研究的‘燈塔’?！?/p>

這一設(shè)施的誕生并非偶然。早在2016年，時(shí)任西安光機(jī)所所長(zhǎng)趙衛(wèi)便提出建設(shè)阿秒激光裝置的戰(zhàn)略構(gòu)想。歷經(jīng)8年論證與攻關(guān)，從技術(shù)路線設(shè)計(jì)到國(guó)家發(fā)改委批復(fù)，從區(qū)域協(xié)同到人才集聚，中國(guó)科學(xué)家以“十年磨一劍”的韌勁，終將藍(lán)圖轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)。 

據(jù)介紹，阿秒，即十億分之一納秒，是目前人類能夠掌握的最短時(shí)間尺度。利用阿秒激光脈沖，科學(xué)家們可以像使用“超高速攝像機(jī)”一樣，實(shí)現(xiàn)對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的跟蹤、測(cè)量和操控。

要理解阿秒激光的意義，需從微觀世界的速度尺度說(shuō)起。電子繞原子核運(yùn)動(dòng)的速度約為150阿秒/圈，傳統(tǒng)飛秒激光（1飛秒=1000阿秒）如同用慢鏡頭拍攝蜂鳥振翅，只能捕捉模糊影像。而阿秒激光則像一臺(tái)“超高速攝像機(jī)”，能直接“凍結(jié)”電子躍遷、化學(xué)鍵斷裂等瞬時(shí)過(guò)程。 

阿秒激光的核心原理在于高次諧波產(chǎn)生技術(shù)：將超強(qiáng)飛秒激光聚焦于惰性氣體，電離后的電子在激光場(chǎng)中被加速并回撞母離子，釋放出波長(zhǎng)極短（X射線波段）、脈寬極窄（阿秒量級(jí)）的相干光脈沖。這種脈沖能量高度集中的"光針"，能激發(fā)物質(zhì)內(nèi)層電子躍遷，產(chǎn)生極紫外（XUV）和軟X射線輻射。    

當(dāng)這些輻射與物質(zhì)相互作用時(shí)，電子運(yùn)動(dòng)軌跡被實(shí)時(shí)"顯影"，猶如用高速攝像機(jī)定格子彈擊穿蘋果的過(guò)程。通過(guò)精密控制激光參數(shù)，科學(xué)家可定制阿秒脈沖的強(qiáng)度、頻率和偏振特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的“全息記錄”。

專家解釋說(shuō)，在這個(gè)過(guò)程中，阿秒激光以其極短的脈寬和高的空間分辨率，允許研究人員直接觀察到物質(zhì)內(nèi)部的微觀動(dòng)態(tài)過(guò)程。這不僅解決了以往需要間接證據(jù)來(lái)證實(shí)的問(wèn)題，還大大提升了科學(xué)研究的精確度和深度。

據(jù)了解，先進(jìn)阿秒激光設(shè)施建成后，將在多學(xué)科前沿基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面發(fā)揮重要作用，為研究物理、化學(xué)、材料、信息、生物醫(yī)學(xué)等學(xué)科中的重大科學(xué)問(wèn)題提供了全新的技術(shù)手段。

值得一提的是，先進(jìn)阿秒激光的應(yīng)用前景廣泛，涵蓋了高溫超導(dǎo)、量子計(jì)算、癌癥治療等多個(gè)重大基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題，有望為我國(guó)在物質(zhì)科學(xué)的前沿基礎(chǔ)研究領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破提供關(guān)鍵技術(shù)保障。           

據(jù)相關(guān)科學(xué)家介紹，通過(guò)阿秒激光技術(shù)，科學(xué)家們可以更深入地理解化學(xué)反應(yīng)機(jī)制，優(yōu)化化學(xué)工藝；揭示分子和原子之間的相互作用及動(dòng)力學(xué)過(guò)程，促進(jìn)材料科學(xué)的進(jìn)步；在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，阿秒脈沖的高分辨率成像技術(shù)有望提升疾病的早期診斷和治療效果。

一是物理領(lǐng)域：利用阿秒激光研究物質(zhì)內(nèi)部電子的超快運(yùn)動(dòng)過(guò)程，揭示電子與原子核、電子與電子之間的相互作用，探索物質(zhì)的新狀態(tài)和新性質(zhì)。例如，研究高溫超導(dǎo)材料中的電子配對(duì)機(jī)制，為開發(fā)新型超導(dǎo)材料提供理論依據(jù)。

二是化學(xué)領(lǐng)域：利用阿秒激光拍攝化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程，幫助科學(xué)家們更好地理解反應(yīng)機(jī)理，并進(jìn)一步改進(jìn)化學(xué)工藝。例如，研究光合作用中的電子轉(zhuǎn)移過(guò)程，為開發(fā)高效的人工光合系統(tǒng)提供新思路。

三是材料領(lǐng)域：利用阿秒激光揭示材料內(nèi)部電子的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，研究材料的結(jié)構(gòu)、性能和功能之間的關(guān)系。例如，研究磁性材料中的自旋動(dòng)力學(xué)過(guò)程，為開發(fā)新型磁性存儲(chǔ)器和傳感器提供技術(shù)支持。

四是信息領(lǐng)域：利用阿秒激光研究信息材料中的電子運(yùn)動(dòng)過(guò)程，探索信息的產(chǎn)生、傳輸和處理機(jī)制。例如，研究半導(dǎo)體材料中的載流子動(dòng)力學(xué)過(guò)程，為開發(fā)高速光電器件提供理論依據(jù)。

五是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：利用阿秒脈沖的高分辨率成像技術(shù)，提升疾病的早期診斷和治療效果，為研究癌癥、神經(jīng)系統(tǒng)疾病等重大醫(yī)學(xué)難題提供新突破口。例如，研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，為開發(fā)新型藥物提供靶點(diǎn)。

六是產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面，先進(jìn)阿秒激光設(shè)施將推動(dòng)相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品的創(chuàng)新和發(fā)展。例如，基于阿秒激光技術(shù)開發(fā)的超快光譜儀、超快電子衍射儀等科學(xué)儀器，將在材料分析、質(zhì)量檢測(cè)、生物醫(yī)學(xué)診斷等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。同時(shí)，阿秒激光技術(shù)還將促進(jìn)激光加工、激光醫(yī)療、激光通信等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提高相關(guān)產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力和附加值。